EP0894888A1 - Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammenseztung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a powdery, crosslinkable textile binder composition as well as processes for the production of polymer-bound, textile moldings or fabrics under Use of the textile binder composition.
- These binders are usually based on synthetic, high molecular weight compounds and can according to the state technology either in the form of solids, for example as powder, granulate or fiber, or in the form of liquids, for example as an aqueous polymer dispersion or solution, be applied.
- the increased strength of the nonwovens results from the binding of the fibers by the polymers that adhere to the fiber and thus reinforce the fiber structures.
- thermoplastic Powder for example polypropylene, polyester or polyamide
- the AU-B 36659/89 also describes a method for solidification of glass fiber materials using thermoplastic powders.
- powders based on polyester or polystyrene recommended.
- the low strength is disadvantageous the fiber structures bound in this way on contact with water or solvents.
- Thermosetting copolymers based on acrylic acid esters and / or vinyl esters, which still (meth) acrylic acid esters of mono- or polyfunctional hydroxycarboxylic acids and N-alkoxyalkyl (meth) acrylamide contain as crosslinking component, are described in US-A 4129545 as powdery paints.
- From EP-A 721004 are crosslinkable in water known dispersible powders, which are both film-forming polymers with at least one functional group as well as reactive Contain components, which after the dispersion of the powder form covalent bonds in water.
- Aqueous dispersions The powder composition is used to make waterproof Coatings used.
- the invention was based on the object of a textile binder To provide with the disadvantages of the state binders known in the art such as lack of strength, high drying effort, poor flow behavior and uneven Distribution of the binder can be avoided.
- Suitable copolymers are those based on one or more monomers from the group comprising vinyl esters of unbranched or branched alkylcarboxylic acids having 1 to 15 carbon atoms, methacrylic acid esters and acrylic acid esters of alcohols having 1 to 10 carbon atoms, vinyl aromatics such as styrene and vinyl chloride.
- Preferred vinyl esters are vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl laurate, 1-methyl vinyl acetate, vinyl pivalate and vinyl esters of alpha-branched monocarboxylic acids with 5 or 9 carbon atoms, for example VeoVa5 R or VeoVa9 R.
- Preferred methacrylic acid esters or acrylic acid esters are methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate.
- the composition of the copolymer is chosen so that a glass transition temperature Tg or a melting point of greater than 40 ° C, preferably from 55 ° C to 150 ° C results.
- the glass transition temperature Tg and the melting point of the polymers can be determined in a known manner by means of differential scanning calorimetry (DSC).
- Tg n the glass transition temperature in degrees Kelvin of the homopolymer of the monomer n. Tg values for homopolymers are listed in Polymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975).
- the melt viscosity of the binding powder is determined by the average molecular weight Mw and the molecular weight distribution Mw / Mn of the copolymer determined.
- the weight average Molecular weight Mw is between 60,000 and 300000.
- the molecular weight and the molecular weight distribution can in a known manner during the polymerization for example through the use of regulator substances and adjust over the polymerization temperature and can by means of Gel permeation chromatography (GPC) can be measured.
- GPC Gel permeation chromatography
- Preferred copolymers are vinyl acetate / vinyl chloride, vinyl acetate / VeoVa5 R -, vinyl acetate / VeoVa9 R -, methyl methacrylate / butyl acrylate and styrene / butyl acrylate copolymers, each of which contains 0.01 to 25% by weight of the stated monomer units containing carboxyl groups, and the composition of which is selected in such a way that that the above-mentioned glass temperatures Tg or melting points result.
- Suitable ethylenically unsaturated, carboxyl group-containing monomers are ethylenically unsaturated mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, Itaconic acid.
- the content of carboxyl groups is preferably Comonomer units 0.01 to 10% by weight, based on the total weight of the copolymer.
- the copolymers 0.01 to 10.0 %
- auxiliary monomers from the group of ethylenically unsaturated Carboxamides, preferably acrylamide, from the group the ethylenically unsaturated sulfonic acids or their salts, preferably vinyl sulfonic acid, from the group of multiple ethylenically unsaturated comonomers, for example divinyl adipate, Diallyl maleate, allyl methacrylate or triallyl cyanurate and / or from the group of N-methylol (meth) acrylamides as well as their ethers such as isobutoxy or n-butoxy ether.
- the copolymers contain each 0.01 to 2% by weight of acrylic acid and / or Acrylamide.
- the copolymers are prepared in a manner known per se Manner, preferably by the emulsion polymerization process, as described for example in WO-A 94/20661, the disclosure of which is part of the present Registration should be. This is used to manufacture the powder available polymer dispersion dried. The drying can be by spray drying, freeze drying or by coagulation the dispersion and subsequent fluidized bed drying respectively. Spray drying is preferred. Prefers the copolymer is produced and its Drying without the addition of protective colloid.
- Suitable crosslinkers are powdered compounds which have two or more epoxy or isocyanate groups, with a melting point of 40 ° C to 150 ° C.
- Epoxy crosslinkers are those of the bisphenol A type, that is Condensation products of bisphenol-A and epichlorohydrin or Methylepichlorohydrin. Such epoxy crosslinkers are commercially available for example under the trade names Epicot or Eurepox, available.
- Suitable diisocyanates are also common Commercial products, for example m-tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI), methylene diphenyl diisocyanate (MDI).
- TXDI m-tetramethylxylene diisocyanate
- MDI methylene diphenyl diisocyanate
- the content of Crosslinker is generally from 0.1 to 25% by weight, preferably from 4 to 12% by weight, based on the powder Copolymer.
- Powdered catalysts are suitable, for example, which differs from triphenylphosphonium halides or quaternary Derive ammonium compounds. examples for this are Methyl, ethyl, propyl, butyl triphenylphosphonium bromide or the corresponding iodides and chlorides. Are suitable also triphenylphosphonium halides with a substituted alkyl radical such as 2-carboxyethyl, 3-bromopropyl or formylmethyl triphenylphosphonium bromide.
- Suitable quaternary ammonium compounds are tetrabutylammonium, benzyltrimethylammonium, Methyltributylammonium salts.
- the connections mentioned are commercially available and are preferably in amounts of 0.1 up to 5% by weight, based on the powdery copolymer, used.
- the preparation of the crosslinkable textile binder composition is done by mixing the powdered components in the specified mixing ratios.
- the known Devices for mixing powders are used.
- Natural or synthetic raw materials are used as fiber material suitable.
- these are synthetic fibers based on fiber-forming polymers such as viscose, polyester, polyamide, Polypropylene, polyethylene fibers. Glass fibers are also suitable, Ceramic fibers, mineral fibers.
- natural Fiber materials are wood, cellulose, wool, cotton, Jute, flax, hemp, coconut, ramie and sisal fibers.
- the fibers can also be in the form of woven textiles, yarns, or used in the form of nonwovens such as scrims or knitted fabrics become. These nonwovens can optionally be mechanical pre-consolidated, for example needled.
- the powder mixture is generally mixed in one Amount of 5 to 30 wt%, based on the fiber weight used.
- the fibers can for example by means of an air laying, wet laying, direct spinning or Carding device can be designed. If necessary mechanically solidified before binding be, for example by cross laying, needles or Water jet consolidation. Then the powder mixture sprinkled into the laid fiber material, the powder flat, punctiform or pattern-like in partial areas sprinkled and if necessary by needles into the fiber material can be entered. Then the fiber material by applying temperature and possibly pressure bound.
- the powdered textile binder is also suitable for production of laminates, with two fiber layers glued together are, or a fiber layer glued to another substrate becomes. It can be done in such a way that a fiber layer is laid out, with the binding powder mixed in beforehand or is sprinkled after laying, and another layer of fibers for example by laying on air.
- the second fiber layer can also be another substrate, for example a plastic film can be placed. Then follows binding by application of temperature and optionally Pressure. With this procedure, for example Insulation materials made of tear cotton, which with a non-woven fabric are permanently laminated as cover fleece, accessible. Another application is the bonding of glass fibers with decorative cover foils or cover plates in the field of building insulation or the manufacture of shoe caps by gluing of fabrics or fleeces with leather.
- the powdered textile binder is particularly suitable for production of voluminous nonwovens or wadding, for example as semi-finished products for the production of molded parts from fiber materials or as upholstery, insulating and filter wadding Find use.
- the binding powder is in the fiber material sprinkled in and the material by raising the temperature, preferably solidified in a mold.
- the fiber structures after mixing with the powder mixture or after sprinkling the powder mixture treated with water or superheated steam.
- the powdery, crosslinkable textile binder composition according to the invention distinguishes itself from aqueous binders characterized in that the energy-consuming drying and waste water disposal be avoided. Compared to previously known powder connectors The advantages are that it is water and solvent resistant The fibers are bound without harmful substances are released, as in the case of phenol-formaldehyde resins or in the case of powders which are only N-methylolacrylamide included as a crosslinker, is the case.
- the polymerization was continued at 80 ° C. for about 2 hours. After cooling and adjusting the pH The dispersion was spray dried to 8 using ammonia. The glass temperature of this product was 59 ° C.
- the polymerization was continued at 80 ° C. for about 2 hours After cooling and adjusting the pH to 8 The dispersion was spray dried using ammonia. The glass temperature of this product was 59 ° C.
- a binding powder based on a redispersible self-crosslinking Dispersion powder according to the prior art WO-A 94/20661 was produced.
- This polymer powder was stabilized by means of a polyvinyl alcohol and contained N-methylol groups as crosslinkable groups.
- the molecular weight (GPC) was approximately 700,000 g / mol.
- tear cotton were each mixed with 13.2 g of binding powder from Examples 1 to 5 and spread out over an area of 24 ⁇ 24 cm.
- the fiber / powder mixtures were still moistened with about 40 g of water by spray application and then immediately pressed at temperatures of about 180 ° C. for 5 minutes, so that hard pressed 2 mm thick or soft, 10 mm thick plates with a weight per unit area of approx. 2200 g / m 2 and a density of approx. 1115 kg / m 3 or 223 kg / m 3 .
- 115 g of tear cotton were each mixed with 13.2 g of binding powder from the examples and spread over an area of 24 ⁇ 24 cm.
- the fiber / powder mixtures were then immediately pressed at temperatures of approx. 180 ° C for 5 minutes, so that hard pressed 2 mm thick or soft 10 mm thick plates with a basis weight of approx. 2200 g / m 2 and a density of approx 1115 kg / m 3 or 223 kg / m 3 were created.
- the two tables show that the inventive Examples 3 and 4 compared to the prior art (Example 5) have an improved maximum tensile force at room temperature.
- the heat level of the hard pressed, highly compressed 2 mm thick Shaped fiber body is in the context of the measurement accuracy as to look at right away.
- soft fiber moldings is the heat level of the binding powder according to the invention (Examples 3 and 4) significant compared to the prior art (Example 5) improved.
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung, zur Herstellung von polymergebundenen, textilen Formteilen oder Flächengebilden, enthaltend a) ein pulverförmiges Mischpolymerisat, erhältlich durch Emulsionspolymerisation und anschließende Trocknung, von einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe umfassend Vinylester, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Vinylaromaten und Vinylchlorid und von 0.01 bis 25 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischpolymerisats, von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten, carboxylgruppenhaltigen Monomeren, wobei das Mischpolymerisat eine Glastemperatur Tg oder einem Schmelzpunkt von größer 40°C, ein Molekulargewicht Mw von 60000 bis 300000 aufweist, und b) mindestens eine pulverförmige Verbindung, welche zwei oder mehr Epoxid- oder Isocyanatgruppen aufweist und einen Schmelzpunkt von 40°C bis 150°C aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft eine pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung
sowie Verfahren zur Herstellung von polymergebundenen,
textilen Formteilen oder Flächengebilden unter
Verwendung der Textilbinder-Zusammensetzung.
Textile Flächengebilde, die nach den üblichen Methoden zur
Herstellung von Nonwovens, beispielsweise nach dem Airlay-,
Wetlay- oder Spunlay-Verfahren, produziert werden, benötigen
ein Bindemittel zur dauerhaften Fixierung der Fasern sowie zur
Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Belastung.
Diese Bindemittel basieren üblicherweise auf synthetischen,
hochmolekularen Verbindungen und können nach dem Stand
der Technik entweder in Form von Feststoffen, beispielsweise
als Pulver, Granulat oder Faser, oder in Form von Flüssigkeiten,
beispielsweise als wässrige Polymerdispersion oder Lösung,
aufgebracht werden. Die erhöhte Festigkeit der Nonwovens
resultiert aus der Bindung der Fasern durch die Polymeren, die
an der Faser haften und so die Fasergebilde verstärken.
Aus der WO-A 90/14457 ist eine Verfahrensweise bekannt, bei
der Glasfasern nach einem Krempelschritt mit thermoplastischem
Pulver, beispielsweise Polypropylen, Polyester oder Polyamid,
vermischt werden und das Fasergebilde anschließend bei erhöhter
Temperatur und unter Druck verfestigt wird. Die AU-B
36659/89 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Verfestigung
von Glasfasermaterialien mittels thermoplastischen Pulvern.
Hier wird die Verwendung von Pulvern auf Basis von Polyester
oder Polystyrol empfohlen. Nachteilig ist die geringe Festigkeit
der so gebundenen Fasergebilde bei Kontakt mit Wasser
oder Lösungsmitteln.
Da bei erhöhten Temperaturen häufig auch die Glas- oder die
Schmelztemperaturen der Bindemittel überschritten werden, bedarf
es einer dauerhaften chemischen Vernetzung der Bindemittel,
um den Fasergebilden auch eine Formbeständigkeit bei höheren
Temperaturen zu verleihen. Bekannt sind Verfahren zur
Verfestigung von Fasermaterialien aus Polyester-, Polyamid- oder
Baumwollfasern mit selbstvernetzenden Polymerdispersionen
(US-A 4451315). Man erhält damit zwar Vliesstoffe mit hoher
Festigkeit; nachteilig bei der Verwendung von wässrigen Bindemitteln
ist allerdings der hohe Trocknungsaufwand. Außerdem
ist die Verteilung des Bindemittels in der Fasermatrix nicht
unproblematisch.
Die Verfestigung von pulverförmigen, vernetzbaren Copolymerisaten
auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harzen ist in der US-A
4612224 beschrieben. Nachteilig bei diesem Bindersystem ist
die hohe Formaldehyd-Emission bei der Herstellung und Verwendung
der so verfestigten Fasermaterialien.
Selbstvernetzende, redispergierbare Dispersionspulver auf der
Basis von Vinylester-Copolymerisaten oder (Meth)acrylsäureester-Copolymerisaten
als Mittel zur Faserbindung sind in der
WO-A 94/20661 beschrieben. Nachteilig bei diesem Bindersystem
ist, daß zum Abbinden ein erheblicher Wassereintrag in die Fasermatrix
gewährleistet sein muß, was einen hohen Trocknungsaufwand
nach sich zieht.
Wärmehärtbare Copolymerisate auf der Basis von Acrylsäureestern
und/oder Vinylestern, welche noch (Meth)acrylsäureester
von mono- oder polyfunktionellen Hydroxycarbonsäuren und N-Alkoxyalkyl(meth)acrylamid
als Vernetzungskomponente enthalten,
sind in der US-A 4129545 als pulverförmige Anstrichmittel beschrieben.
Aus der EP-A 721004 sind vernetzbare, in Wasser
dispergierbare Pulver bekannt, die sowohl filmbildende Polymere
mit mindestens einer funktionellen Gruppe als auch reaktive
Komponenten enthalten, welche nach der Dispergierung der Pulver
in Wasser kovalente Bindungen bilden. Wässrige Dispersionen
der Pulverzusammensetzung werden zur Herstellung von wasserfesten
Beschichtungen eingesetzt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Textilbinder zur
Verfügung zu stellen, mit dem die Nachteile der aus dem Stand
der Technik bekannten Bindemittel wie mangelnde Festigkeit,
hoher Trocknungsaufwand, schlechtes Fließverhalten und ungleichmäßige
Verteilung des Bindemittels vermieden werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine pulverförmige, vernetzbare
Textilbinder-Zusammensetzung, zur Herstellung von polymergebundenen,
textilen Formteilen oder Flächengebilden, enthaltend
Geeignete Mischpolymerisate sind solche auf der Basis von einem
oder mehreren Monomeren aus der Gruppe umfassend Vinylester
von unverzweigten oder verzweigten Alkylcarbonsäuren mit
1 bis 15 C-Atomen, Methacrylsäureester und Acrylsäureester von
Alkoholen mit 1 bis 10 C-Atomen, Vinylaromaten wie Styrol und
Vinylchlorid. Bevorzugte Vinylester sind Vinylacetat, Vinylpropionat,
Vinylbutyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinyllaurat,
1-Methylvinylacetat, Vinylpivalat und Vinylester von alpha-verzweigten
Monocarbonsäuren mit 5 oder 9 C-Atomen, beispielsweise
VeoVa5R oder VeoVa9R. Bevorzugte Methacrylsäureester
oder Acrylsäureester sind Methylacrylat, Methylmethacrylat,
Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat,
n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat.
Wesentlich ist, daß die Zusammensetzung des Mischpolymerisats
so gewählt wird, daß eine Glastemperatur Tg oder ein Schmelzpunkt
von größer 40°C, vorzugsweise von 55°C bis 150°C
resultiert. Die Glasübergangstemperatur Tg und der Schmelzpunkt
der Polymerisate kann in bekannter Weise mittels Differential
Scanning Calorimetry (DSC) ermittelt werden. Die Tg
kann auch mittels der Fox-Gleichung näherungsweise vorausberechnet
werden. Nach Fox T. G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3,
page 123 (1956) gilt: 1/Tg = x1 /Tg1 + x2 /Tg2 + ... + xn /Tgn ,
wobei xn für den Massebruch (Gew%/100) des Monomers n steht,
und Tgn die Glasübergangstemperatur in Grad Kelvin des Homopolymers
des Monomer n ist. Tg-Werte für Homopolymerisate sind
in Polymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York
(1975) aufgeführt.
Wichtig für eine gleichmäßige Verteilung des Binderpulvers in
dem Fasergebilde ist eine niedrige Schmelzviskosität des Binderpulvers.
Die Schmelzviskosität des Bindepulvers wird durch
das mittlere Molekulargewicht Mw und die Molekulargewichtsverteilung
Mw/Mn des Mischpolymerisats bestimmt. Das gewichts-mittlere
Molekulargewicht Mw beträgt zwischen 60000 und
300000. Das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung
läßt sich in bekannter Weise während der Polymerisation
beispielsweise durch die Verwendung von Reglersubstanzen und
über die Polymerisationstemperatur einstellen und kann mittels
Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen werden.
Bevorzugte Mischpolymerisate sind Vinylacetat/Vinylchlorid,
Vinylacetat/VeoVa5R-, Vinylacetat/VeoVa9R-, Methylmethacrylat/Butylacrylat- und Styrol/Butylacrylat-Mischpolymerisate,
welche jeweils 0.01 bis 25 Gew% der genannten carboxylgruppenhaltigen
Monomereinheiten enthalten, und deren Zusammensetzung
so gewählt wird, daß die obengenannten Glastemperaturen Tg
bzw. Schmelzpunkte resultieren.
Geeignete ethylenisch ungesättigte, carboxylgruppenhaltige Monomere
sind ethylenisch ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren
wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure,
Itaconsäure. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an carboxylgruppenhaltigen
Comonomereinheiten 0.01 bis 10 Gew%, bezogen auf
das Gesamtgewicht des Mischpolymerisats.
Gegebenenfalls können die Mischpolymerisate 0.01 bis 10.0
Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischpolymerisats,
noch Hilfsmonomere aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigten
Carbonsäureamide, vorzugsweise Acrylamid, aus der Gruppe
der ethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren bzw. deren Salze,
vorzugsweise Vinylsulfonsäure, aus der Gruppe der mehrfach
ethylenisch ungesättigten Comonomeren, beispielsweise Divinyladipat,
Diallylmaleat, Allylmethacrylat oder Triallylcyanurat
und/oder aus der Gruppe der N-Methylol(meth)acrylamide
sowie deren Ether wie Isobutoxy- oder n-Butoxyether enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischpolymerisate
jeweils 0.01 bis 2 Gew% Acrylsäure und/oder
Acrylamid.
Die Herstellung der Mischpolymerisate erfolgt in an sich bekannter
Weise, vorzugsweise nach dem Emulsionspolymerisationsverfahren,
wie beispielsweise in der WO-A 94/20661 beschriebenen,
deren diesbezügliche Offenbarung Teil der vorliegenden
Anmeldung sein soll. Zur Herstellung der Pulver wird die dadurch
erhältliche Polymerdispersion getrocknet. Die Trocknung
kann mittels Sprühtrocknung, Gefriertrocknung oder durch Koagulation
der Dispersion und anschließender Wirbelschichttrocknung
erfolgen. Bevorzugt wird die Sprühtrocknung. Bevorzugt
erfolgt die Herstellung des Mischpolymerisats und dessen
Trocknung ohne Zusatz von Schutzkolloid.
Als Vernetzer geeignet sind pulverförmige Verbindungen, welche
zwei oder mehr Epoxid- oder Isocyanatgruppen aufweisen, mit
einem Schmelzpunkt von 40°C bis 150°C. Beispiele für geeignete
Epoxidvernetzer sind solche vom Bisphenol-A-Typ, das heißt
Kondensationsprodukte von Bisphenol-A und Epichlorhydrin oder
Methylepichlorhydrin. Derartige Epoxidvernetzer sind im Handel,
beispielsweise unter den Handelsnamen Epicot oder Eurepox,
erhältlich. Geeignete Diisocyanate sind ebenfalls gängige
Handelsprodukte, beispielsweise m-Tetramethylxylen-Diisocyanat
(TMXDI), Methylendiphenyl-Diisocyanat (MDI). Der Gehalt an
Vernetzer beträgt im allgemeinen von 0.1 bis 25 Gew%, vorzugsweise
von 4 bis 12 Gew%, bezogen auf das pulverförmige
Mischpolymerisat.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die vernetzbare
Textilbinder-Zusammensetzung noch einen Vernetzungskatalysator.
Geeignet sind beispielsweise pulverförmige Katalysatoren,
welche sich von Triphenylphosphonium-Halogeniden oder quarternären
Ammoniumverbindungen ableiten. Beispiele hierfür sind
Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-Triphenylphosphonium-Bromid
bzw. die entsprechenden Iodide und Chloride. Geeignet sind
auch Triphenylphosphonium-Halogenide mit substituiertem Alkylrest
wie 2-Carboxyethyl-, 3-Bromopropyl- oder Formylmethyl-Triphenylphosphoniumbromid.
Geeignete quarternäre Ammoniumverbindungen
sind Tetrabutylammonium-, Benzyltrimethylammonium-,
Methyltributylammonium-Salze. Die genannten Verbindungen sind
im Handel erhältlich und werden vorzugsweise in Mengen von 0.1
bis 5 Gew%, bezogen auf das pulverförmige Mischpolymerisat,
eingesetzt.
Die Herstellung der vernetzbaren Textilbinder-Zusammensetzung
erfolgt durch Vermischen der pulverförmigen Komponenten in den
angegebenen Mischungsverhältnissen. Hierzu können die bekannten
Vorrichtungen zur Mischung von Pulvern eingesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von polymergebundenen, textilen Formteilen oder
Flächengebilden aus Fasermaterialien, wobei das Fasermaterial
mit einem pulverförmigen, polymeren Bindemittel in Kontakt gebracht
wird und bei einer Temperatur von 100°C bis 250°C und
gegebenenfalls unter Druck verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Bindemittel eine vernetzbare Pulvermischung
verwendet wird, enthaltend
Als Fasermaterial sind natürliche oder synthetische Rohstoffe
geeignet. Beispiele hierfür sind Kunstfasern auf der Basis von
faserbildenden Polymeren wie Viskose-, Polyester-, Polyamid-,
Polypropylen-, Polyethylen-Fasern. Geeignet sind auch Glasfasern,
Keramikfasern, Mineralfasern. Beispiele für natürliche
Fasermaterialien sind Holz-, Cellulose-, Woll-, Baumwolle-,
Jute-, Flachs-, Hanf-, Kokos-, Ramie- und Sisalfasern. Die Fasern
können auch in Form von gewebten Textilien, von Garnen,
oder in Form von Nonwovens wie Gelegen oder Gewirken eingesetzt
werden. Diese Nonwovens können gegebenenfalls mechanisch
vorverfestigt, beispielsweise genadelt, sein.
Zur Faserbindung wird die Pulvermischung im allgemeinen in einer
Menge von 5 bis 30 Gew%, bezogen auf das Fasergewicht eingesetzt.
Zur Herstellung der Formteile oder Flächengebilde kann dabei
so vorgegangen werden, daß die Fasermaterialien mit der Pulvermischung
vermischt werden und das Gemisch aus Faser und
Pulver vor der Verfestigung mittels der üblichen Verfahren der
Nonwoven-Technologie, beispielsweise mittels einer Luftlege-,
Naßlege-, Direktspinn- oder Krempelvorrichtung, ausgelegt
wird. Anschließend wird mittels Temperaturerhöhung, gegebenenfalls
unter Anwendung von Druck das textile Flächengebilde
gebunden.
Es kann auch so vorgegangen werden, daß vor der Verfestigung
die Fasern flächenhaft ausgebreitet werden. Die Verfahren
hierzu sind bekannt und primär von der Anwendung, in die das
verfestigte Fasermaterial geht, abhängig. Die Fasern können
beispielsweise mittels einer Luftlege-, Naßlege-, Direktspinn- oder
Krempelvorrichtung ausgelegt werden. Gegebenenfalls kann
vor der Verfestigung mit Bindemittel noch mechanisch verfestigt
werden, beispielsweise durch Kreuzlegen, Nadeln oder
Wasserstrahlverfestigung. Anschließend wird die Pulvermischung
in das ausgelegte Fasermaterial eingestreut, wobei das Pulver
flächenförmig, punktförmig oder musterartig in Teilbereiche
eingestreut und gegebenenfalls durch Nadeln in das Fasermaterial
eingetragen werden kann. Anschließend wird das Fasermaterial
durch Anwendung von Temperatur und gegebenenfalls Druck
gebunden.
Der pulverförmige Textilbinder eignet sich auch zur Herstellung
von Laminaten, wobei zwei Faserlagen miteinander verklebt
werden, oder eine Faserlage mit einem weiteren Substrat verklebt
wird. Dabei kann so vorgegangen werden, daß eine Faserlage
ausgelegt wird, wobei das Bindepulver vorher eingemischt
oder nach dem Auslegen eingestreut wird, und eine weitere Faserlage
beispielsweise durch Luftlegen aufgelegt wird. Statt
der zweiten Faserlage kann auch ein anderes Substrat beispielweise
eine Kunststofffolie aufgelegt werden. Anschließend erfolgt
die Bindung durch Anwendung von Temperatur und gegebenenfalls
Druck. Mit dieser Verfahrensweise werden beispielsweise
Dämmstoffe aus Reißbaumwolle, welche mit einem Faservlies
als Deckvlies dauerhaft kaschiert sind, zugänglich.
Eine weitere Anwendung ist die Verklebung von Glasfasern mit
dekorativen Deckfolien oder Deckplatten im Bereich der Bauisolierung
oder die Herstellung von Schuhkappen durch Verklebung
von Geweben oder Vliesen mit Leder.
Besonders geeignet ist der pulverförmige Textilbinder zur Herstellung
von voluminösen Vliesstoffen oder Watten, die beispielsweise
als Halbzeuge für die Herstellung von Formteilen
aus Fasermaterialien oder als Polster-, Isolier- und Filterwatten
Verwendung finden. Dazu wird das Bindepulver in das Fasermaterial
eingestreut und das Material durch Temperaturerhöhung,
bevorzugt in einem Formwerkzeug, verfestigt.
In einer möglichen Ausführungsform werden die Fasergebilde
nach dem Vermischen mit der Pulvermischung oder nach dem Einstreuen
der Pulvermischung mit Wasser oder Heißdampf behandelt.
Die erfindungsgemäße pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung
zeichnet sich gegenüber wässrigen Bindemitteln
dadurch aus, daß die energieaufwendige Trocknung und die Abwasserentsorgung
vermieden werden. Gegenüber vorbekannten Pulverbindern
liegen die Vorteile darin, daß eine wasser- und lösungsmittelfeste
Bindung der Fasern erfolgt, ohne daß Schadstoffe
freigesetzt werden, wie dies im Fall von Phenol-Formaldehyd-Harzen
oder im Fall von Pulvern, welche nur N-Methylolacrylamid
als Vernetzer enthalten, der Fall ist.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
der Erfindung.
In einem Reaktor mit 3 Liter Volumen wurden 838.8 g deionisiertes
Wasser und 6.7 g Natriumlaurylsulfat vorgelegt und unter
Stickstoff beim Rühren auf 80°C aufgeheizt. Bei dieser
Temperatur wurde die Initiatorlösung (6.7 g Kaliumperoxodisulfat
und 218.4 g Wasser) in den Reaktor gegeben und aus separaten
Behältern wurden innerhalb von 4 Stunden folgende Zusammensetzungen
in den Reaktor zudosiert:
Nach den Dosierungen wurde ca. 2 Stunden bei 80°C nachpolymerisiert.
Nach dem Abkühlen und dem Einstellen des pH-Wertes
auf 8 mittels Ammoniak wurde die Dispersion sprühgetrocknet.
Die Glastemperatur dieses Produktes lag bei 59°C.
In einem Reaktor mit 3 Liter Volumen wurden 855 g deionisiertes
Wasser und 6.7 g Natriumlaurylsulfat vorgelegt und unter
Stickstoff beim Rühren auf 80°C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur
wurde die Initiatorlösung (6.7 g Kaliumperoxodisulfat
und 217.4 g Wasser) in den Reaktor gegeben und aus separaten
Behältern wurden innerhalb von 4 Stunden folgende Zusammensetzungen
in den Reaktor zudosiert:
Nach den Dosierungen wurde ca. 2 Stunden bei 80°C nachpolymerisiert
Nach dem Abkühlen und dem Einstellen des pH-Wertes auf
8 mittels Ammoniak wurde die Dispersion sprühgetrocknet.
Die Glastemperatur dieses Produktes lag bei 59°C.
98 g des carbonsäuregruppenhaltigen Polymerpulvers aus Beispiel
1 wurde in einem Pulvermischer mit 2 g einer pulverförmigen,
multifunktionellen Epoxidverbindung sowie mit 0.5 g
Triphenylethylphosphoniumbromid TEP vermischt.
98 g des carbonsäuregruppenhaltigen Polymerpulvers aus Beispiel
2 wurde in einem Pulvermischer mit 2 g einer pulverförmigen,
multifunktionellen Epoxidverbindung sowie mit 0.5 g
Triphenylethylphosphoniumbromid TEP vermischt.
Ein Bindepulver auf Basis eines redispergierbaren selbstvernetzenden
Dispersionspulvers nach dem Stand der Technik entsprechend
WO-A 94/20661 wurde hergestellt. Dieses Polymerpulver
war mittels eines Polyvinylalkohols stabilisiert und enthielt
N-Methylolgruppen als vernetzbare Gruppen. Das Molekulargewicht
(GPC) betrug ca. 700000 g/mol.
Zur Herstellung von Preßplatten wurden 115 g Reißbaumwolle mit
jeweils 13.2 g Bindepulver aus den Beispielen 1 bis 5 vermischt
und auf einer Fläche von 24 x 24 cm ausgebreitet. Die
Faser/Pulvermischungen wurden noch mit ca. 40 g Wasser mittels
Sprühauftrag angefeuchtet und sofort anschließend bei
Temperaturen von ca. 180°C 5 min lang verpreßt, so daß hart
verpreßte 2 mm dicke bzw. weiche, 10 mm dicke Platten mit einen
Flächengewicht von ca. 2200 g/m2 und einem Raumgewicht von
ca. 1115 kg/m3 bzw. 223 kg/m3 entstanden.
Zur Herstellung von Preßplatten wurden 115 g Reißbaumwolle mit
jeweils 13.2 g Bindepulver aus den Beispielen vermischt und
auf einer Fläche von 24 x 24 cm ausgebreitet. Die Faser/Pulvermischungen
wurden sofort anschließend bei Temperaturen von
ca. 180°C 5 min lang verpreßt, so daß hart verpreßte 2 mm dicke
bzw. weiche 10 mm dicke Platten mit einem Flächengewicht
von ca. 2200 g/m2 und einem Raumgewicht von ca. 1115 kg/m3
bzw. 223 kg/m3 entstanden.
Aus den verpreßten faserigen Formkörpern wurden Prüfkörper (Abmessungen: 10 x 100 mm ) herausgestanzt und bei Raumtemperatur auf einer Zwick-Zugprüfmaschine analog DIN 53857 geprüft.
Zur Bestimmung der Wasseraufnahme wurden die trockenen Faserformkörper (Abmessung: 50 x 20 mm) für 1 h bzw. 24 h in Wasser gelagert und die Gewichtsaufnahme infolge Wasserquellung gravimetrisch bestimmt.
Zur Prüfung hinsichtlich des Wärmestandvermögens wurden 240 x 20 mm lange Streifen geschnitten. Diese Streifen wurden waagerecht auf einer planen Unterlage fixiert, so daß die Streifen mit einer Länge von 100 mm über den Rand der Unterlage überstanden. Im Falle der harten Formkörper (Plattendicke 2 mm) wurde ein 40 g-Gewicht angehängt, während die weichen Formkörper (Plattendicke: 10 mm) nur der Schwerkraft ihres Eigengewichts ausgesetzt waren. Das Wärmestandvermögen wurde durch Messung der Durchbiegung d nach einer einstündigen Lagerung bei T = 120°C ermittelt.
Die Ergebnisse der anwendungstechnischen Prüfung sind in den
Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt.
Die erfindungsgemäßen Textilbindepulver (Beispiele 3 und 4)
zeigen gegenüber den unvernetzten Systemen (Beispiele 1 und 2)
einen deutlich höhere HZK sowie einen verbesserten Wärmestand
(= verringerte Durchbiegung unter Wärmebelastung).
Ferner zeigen die beiden Tabellen, daß die erfindungsgemäßen
Beispiele 3 und 4 gegenüber dem Stand der Technik (Beispiel 5)
eine verbesserte Höchstzugkraft bei Raumtemperatur aufweisen.
Der Wärmestand der hart verpreßten, hochverdichteten 2 mm dicken
Faserformkörper ist zwar im Rahmen der Meßgenauigkeit als
gleich anzusehen. Bei den "wattenartigen", weichen Faserformkörpern
ist der Wärmestand der erfindungsgemäßen Bindepulver
(Beispiele 3 und 4) signifikant gegenüber dem Stand der Technik
(Beispiel 5) verbessert.
Beim Herstellen der Faserformkörper ohne Wasserzugabe beim
Verpressen erkennt man in allen Fällen eine deutliche Verbesserung
(=Verringerung) der Wasserquellung gegenüber dem Stand
der Technik.
Claims (10)
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung, zur Herstellung von polymergebundenen, textilen Formteilen oder Flächengebilden, enthaltenda) ein pulverförmiges Mischpolymerisat, erhältlich durch Emulsionspolymerisation und anschließende Trocknung, von einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe umfassend Vinylester, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Vinylaromaten und Vinylchlorid und von 0.01 bis 25 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischpolymerisats, von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten, carboxylgruppenhaltigen Monomeren, wobei das Mischpolymerisat eine Glastemperatur Tg oder einen Schmelzpunkt von größer 40°C, ein Molekulargewicht Mw von 60000 bis 300000 aufweist, undb) mindestens eine pulverförmige Verbindung, welche zwei oder mehr Epoxid- oder Isocyanatgruppen aufweist und einen Schmelzpunkt von 40°C bis 150°C aufweist.
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung noch 0.1 bis 5 Gew%, bezogen auf das pulverförmige Mischpolymerisat, eines pulverförmigen Vernetzungskatalysators enthält.
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischpolymerisat eines aus der Gruppe Vinylacetat/Vinylchlorid-, Vinylacetat/VeoVa5R-, Vinylacetat/VeoVa9R-, Methylmethacrylat/Butylacrylat- und Styrol/Butylacrylat-Mischpolymerisat, welche jeweils 0.01 bis 25 Gew% der genannten carboxylgruppenhaltigen Monomereinheiten enthalten, eingesetzt wird.
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als carboxylgruppenhaltigen Monomereinheiten solche aus der Gruppe Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure enthalten sind.
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat noch 0.01 bis 10.0 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mischpolymerisats, ein oder mehrere Monomere aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamide, aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren bzw. deren Salze, aus der Gruppe der mehrfach ethylenisch ungesättigten Comonomeren, und aus der Gruppe der N-Methylol(meth)acrylamide sowie deren Ether wie Isobutoxy- oder n-Butoxyether enthält.
- Pulverförmige, vernetzbare Textilbinder-Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Acrylsäure und/oder Acrylamid in einer Menge von jeweils 0.01 bis 2 Gew% enthalten ist.
- Verfahren zur Herstellung von polymergebundenen, textilen Formteilen oder Flächengebilden aus Fasermaterialien, wobei das Fasermaterial mit einem pulverförmigen, polymeren Bindemittel in Kontakt gebracht wird und bei einer Temperatur von 100°C bis 250°C und gegebenenfalls unter Druck verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine vernetzbare Pulvermischung gemäß Anspruch 1 bis 6 verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial eines oder mehrere aus der Gruppe Viskose-, Polyester-, Polyamid-, Polypropylen-, Polyethylen-Fasern, Glasfasern, Keramikfasern, Mineralfasern, Holz-, Cellulose-, Woll-, Baumwolle-, Jute-, Flachs-, Hanf-, Kokos-, Ramie- und Sisalfasern, in Form von gewebten Textilien, von Garnen, oder in Form von Nonwovens wie Gelegen oder Gewirken eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzbare Pulvermischung in einer Menge von 5 bis 30 Gew%, bezogen auf das Fasergewicht, eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasergebilde nach dem Vermischen mit der Pulvermischung oder nach dem Einstreuen der Pulvermischung mit Wasser oder Heißdampf behandelt werden.
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